Jährlich werden allein in Deutschland rund 250.000 Patientinnen und Patienten künstlich beatmet. Obwohl die mechanische Beatmung in der Intensivmedizin unverzichtbar ist, kann eine längere Beatmungsdauer zu einer Schwächung der Atemmuskulatur führen. Insbesondere das Zwerchfell verliert durch die fehlende Eigenaktivität an Kraft, wodurch die Entwöhnung vom Beatmungsgerät häufig erschwert und der Aufenthalt auf der Intensivstation verlängert wird.
Mit dem neu gestarteten Forschungsprojekt ELBAS (Elektrische Beatmungsstimulation im Closed Loop) entwickeln das Institut für Biomedizinische Technik und Informatik (BMTI) der Technischen Universität Ilmenau und der Projektpartner neuroConn GmbH aus Ilmenau eine innovative Lösung, um die Aktivität des Zwerchfells während einer künstlichen Beatmung gezielt zu unterstützen. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert.
Hierfür wird der Nervus phrenicus, der Hauptnerv zur Steuerung des Zwerchfells, nicht-invasiv elektrisch stimuliert. Ziel ist es, die natürliche Funktion und Kraft des Atemmuskels möglichst lange zu erhalten und dadurch die Folgen einer Langzeitbeatmung zu reduzieren.
Im Mittelpunkt des auf zwei Jahre angelegten Projekts steht die Entwicklung eines intelligenten Closed-Loop-Systems. Anders als bisherige Verfahren arbeitet ELBAS nicht mit festen Stimulationsparametern und vorgegebenen Zeitpunkten. Stattdessen werden kontinuierlich Biosignale der Atmung erfasst und ausgewertet. Auf Grundlage des aktuellen Atemzustands passt das System den Zeitpunkt der elektrischen Stimulation automatisch an, nutzt individuelle Stimulationssequenzen und ermöglicht so eine patientenindividuelle Unterstützung der Atmung.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung eines digitalen Zwillings des Halsbereichs. Dieses Modell berücksichtigt anatomische Unterschiede und unterstützt die Auswahl optimaler Stimulationsparameter für eine sichere und effiziente Aktivierung des Nervs. Dadurch soll der Nervus phrenicus mit möglichst geringer Stromstärke zuverlässig aktiviert und gleichzeitig unerwünschte Nebenstimulationen minimiert werden.
Unter der Leitung von Prof. Dr. Jens Haueisen arbeiten am BMTI zwei wissenschaftliche Mitarbeitende an der Umsetzung des Projekts. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Biosignalverarbeitung, Modellierung und periphere Nervenstimulation.
Langfristig soll ELBAS dazu beitragen, die Beatmung besser an die physiologischen Bedürfnisse von Patientinnen und Patienten anzupassen. Durch die gezielte Aktivierung des Zwerchfells könnten die Entwöhnung vom Beatmungsgerät unterstützt und beatmungsbedingte Komplikationen reduziert werden. Damit eröffnet das Projekt neue Möglichkeiten für eine individualisierte und schonendere Beatmungstherapie.
